Hirnforschung: Fehlerhafte MRT-Software schürt Zweifel an Zehntausenden Studien

Hirnforscher greifen für die Auswertung von Magnetresonanztomographen auf Software zurück, die viel zu hohe Fehlerraten hat. Das haben Forscher jetzt ermittelt und entkräften damit möglicherweise rund 40.000 Studien.

Die am häufigsten genutzte Software zur Auswertung von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) weist offenbar viel zu hohe Fehlerraten auf, was Jahrzehnte an Hirnforschung entwerten könnte. Zu diesem Ergebnis kommt jedenfalls eine Gruppe von Forschern um den Schweden Anders Eklund, wie dessen Universität von Linköping zusammenfasst. Sie überprüften die Analysemethoden der meistgenutzten Software-Pakete für die fMRI-Analyse (SPM, FSL, AFNI) und fanden Raten von sogenannten False Positives – also Hirnaktivität, wo gar keine war – die teilweise 70 Prozent erreichten. Akzeptabel und theoretisch zu erwarten seien jedoch lediglich 5 Prozent.

Hirnforschung von außen

Bei der funktionellen Magnetresonanztomographie werden Durchblutungsprozesse im Gehirn quasi live gefilmt, ohne dass dafür störend in den Körper eingegriffen werden muss, erklärt Spektrum der Wissenschaft. Weil sauerstoffreiches Blut andere magnetische Eigenschaften hat als sauerstoffarmes, können starke Magnetfelder die Sauerstoffsättigung in unterschiedlichen Bereichen des Gehirns mit großer Auflösung sichtbar gemacht werden. Hirnforscher hatten diese Technik jahrelang als Segen verstanden und unzählige Untersuchungen dazu unternommen, welche Hirnareale bei bestimmten Tätigkeiten aktiv sind und daraus die unterschiedlichsten Schlüsse gezogen.

Wie die Wissenschaftler um Eklund nun erläutern, werden bei der fMRI-Forschung beispielsweise die 3D-Aufnahmen von 20 gesunden Probanden mit denen von 20 kranken verglichen, also beispielsweise Patienten mit Hirnverletzungen oder bestimmten Schädigungen. Die dabei gefundenen Unterschiede werden ausgewertet und Forschungsgrundlage. Eklund und seine Kollegen verglichen nun aber stattdessen die Aufnahmen des Ruhezustands von 20 gesunden Probanden mit denen von anderen 20, ebenfalls Gesunden. Die Software sollte dabei eigentlich keine statistisch signifikanten Unterschiede finden (also weniger als 5 Prozent), stattdessen seien aber 60 bis 70 Prozent herausgekommen.

Grund für die Fehler sind den Wissenschaftlern zufolge jene Algorithmen, die aus den einzelnen gemessenen Bildpunkten im dreidimensionalen Raum größere Cluster bildet. Werden zwischen solchen Clustern auf zwei Aufnahmen Unterschiede erkannt, heben sie Cluster hervor. An der Zuverlässigkeit und der Reproduzierkarbeit dieses Verfahrens hatte es schon vorher Kritik gegeben. So hatte Spektrum der Wissenschaft das Vorgehen einiger Forscher mit dem eines Revolverhelden verglichen, der wahllos auf ein Scheunentor schießt und danach Zielscheiben um die Einschlusslöcher malt, die am nächsten beieinander liegen. Andere Forscher hätten mit den etablierten Methoden auch schon Hirnaktivität bei einem toten Lachs festgestellt.

Rechenpower als Lösung

Eklunds Ergebnisse mit der mathematisch untermauerten Kritik wurden nun in der Wissenschaftspublikation Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht. Es sei möglich, dass ungefähr 40.000 Studien davon betroffen sind, erklärt der Forscher. Einige seien vor mehr als zehn Jahren durchgeführt worden und es sei nicht einmal klar, ob das dafür verwendete Datenmaterial noch existiere. Er selbst schlägt jedenfalls vor, die Software zur Auswertung auf weniger Hypothesen zu begründen und dafür mehr Rechenzeit zu veranschlagen. Dank moderner Grafikkarten könne die dafür benötigte Zeit inzwischen auf akzeptable Maße gesenkt werden.

Quelle: Hirnforschung: Fehlerhafte MRT-Software schürt Zweifel an Zehntausenden Studien | heise online

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Elektrizität: Temperaturwechsel lädt Batterie auf

Die Temperatur steigt, die Temperatur fällt – in beiden Fällen erhöht der Akku seine Kapazität. Eines Tages könnte der Unterschied zwischen Tag und Nacht reichen, um eine Batterie aufzuladen. Der am Massachusetts Institute of Technology MIT in Cambridge entwickelte Prototyp funktioniert bislang jedoch nur bei einem relativ hohen Temperaturunterschied. Das System lädt sich bei Wechseln zwischen 20 und 60 Grad Celsius auf. Das Team um Gang Chen vom MIT berichtet darüber im Fachblatt „Proceedings of the National Academy of Sciences“.

„Durch vorsichtiges Abstimmen der Zusammensetzung der Elektroden ist der Ladeprozess rein durch Wärmeenergie angetrieben“, schreiben die Forscher. Es werde keine Elektrizität benötigt. Als aktive Materialien für die Elektroden wählten sie einerseits gelbes und rotes Blutlaugensalz (Kaliumhexacyanoferrat) und andererseits den Farbstoff Preußisch Blau in Form von Nanokugeln. Der Elektrolyt besteht aus einer wässrigen Lösung von Salpeter (Kaliumnitrat). Die beiden Kammern der Batterie sind durch eine Nafionmembran voneinander getrennt.

Das Besondere an den Elektroden ist, dass sie zwischen 20 und 60 Grad Celsius ihre Polarität wechseln: Bei 20 Grad ist die Elektrode mit Preußisch Blau der Minuspol und die Elektrode mit dem Blutlaugensalz der Pluspol – bei 60 Grad ist es genau umgekehrt. Mit dem Abkühlen auf 20 Grad baut sich eine Spannung auf, anschließend entlädt die Batterie sich langsam, es fließt also ein Strom. Dasselbe geschieht beim Erhitzen auf 60 Grad, sodass ein Kreislauf entsteht: Sowohl mit dem Erwärmen als auch mit dem Abkühlen wird eine Spannung erzeugt.

Noch ist der Energiegewinn auf diese Weise sehr gering: Nach Angaben von Chen und Kollegen beträgt die Effizienz bei der Umwandlung von Wärme in Strom gerade einmal ein bis zwei Prozent. Dies sei allerdings um eine Größenordnung mehr als die Ausbeute von thermogalvanischen Zellen, mit denen ebenfalls versucht werde, aus der Umgebungswärme Strom zu gewinnen. Beide Verfahren zählen zum „Energy Harvesting“, einem Ansatz, bei dem kleine Mengen elektrischer Energie für mobile Geräte aus gewöhnlichen Prozessen in der Natur oder der Industrie gewonnen werden.

Die Wissenschaftler halten ihr Verfahren für attraktiv, da das Gerät keine teuren Materialien benötige und relativ einfach aufgebaut sei. Im Langzeitversuch hielt die Batterie tausend Ladezyklen mit nur minimalem Spannungsverlust durch. Das System könne eines Tages vor allem in abgelegenen Gebieten zur Energiegewinnung genutzt werden, schreiben die Forscher.

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Süßstoffe mit Schattenseite

Ob Aspartam, Saccharin oder Sucralose – künstliche Süßstoffe sollten eigentlich die gesunde Alternative zum kalorienhaltigen Zucker sein. Doch die Zuckerersatzstoffe geraten immer mehr ins Zwielicht. So zeigten Studien bereits, dass sie den Appetit steigern – und damit erst Recht zu Übergewicht führen können. Israelische Forscher haben nun eine weitere Schattenseite der Süßstoffe aufgedeckt: Sie stören den normalen Zuckerstoffwechsel des Körpers und können dadurch Glukose-Intoleranz auslösen, eine Vorform des Diabetes. In Versuchen mit Mäusen und Menschen zeigte sich auch, wie dies geschieht: Offenbar verändern die Süßstoffe die Darmflora zugunsten von Bakterienarten, die genau diese Stoffwechselstörung fördern.

viaSüßstoffe mit Schattenseite – bild der wissenschaft.